Zdaniem badaczy chcących rozwiązać zagadkę rozszerzania się Wszechświata, jedna z największych tajemnic nauki – ciemna energia – tak naprawdę nie istnieje.
Przez ostatnie 100 lat fizycy na ogół zakładali, że kosmos rośnie jednakowo we wszystkich kierunkach. Wykorzystali koncepcję ciemnej energii jako symbol zastępczy, aby wyjaśnić nieznaną fizykę, której nie mogli zrozumieć, ale kontrowersyjna teoria zawsze miała swoje problemy.
Teraz zespół fizyków i astronomów z Uniwersytetu Canterbury w Christchurch w Nowej Zelandii kwestionuje status quo, wykorzystując ulepszoną analizę krzywych blasku supernowych, aby wykazać, że Wszechświat rozszerza się w bardziej zróżnicowany, „nierówny” sposób.
Nowe dowody potwierdzają model „pejzażu czasowego” kosmicznej ekspansji, który nie potrzebuje ciemnej energii, ponieważ różnice w rozciąganiu światła nie są wynikiem przyspieszającego Wszechświata, ale konsekwencją sposobu, w jaki kalibrujemy czas i odległość.
Uwzględnia fakt, że grawitacja spowalnia czas, więc idealny zegar w pustej przestrzeni tyka szybciej niż w galaktyce.
Model sugeruje, że zegar w Drodze Mlecznej byłby o około 35 procent wolniejszy niż ten sam zegar znajdujący się przeciętnie w dużych kosmicznych pustkach, co oznacza, że w pustkach upłynęłoby miliardy lat więcej. To z kolei umożliwiłoby większą ekspansję przestrzeni, sprawiając wrażenie, że ekspansja staje się szybsza, gdy takie ogromne puste puste przestrzenie dominują we Wszechświecie.
Profesor David Wiltshire, który kierował badaniem, powiedział: „Nasze odkrycia pokazują, że nie potrzebujemy ciemnej energii, aby wyjaśnić, dlaczego Wszechświat wydaje się rozszerzać w coraz szybszym tempie.
„Ciemna energia to błędna identyfikacja zmian energii kinetycznej ekspansji, która nie jest jednolita we Wszechświecie tak nierównym, jak ten, w którym żyjemy”.
Dodał: „Badania dostarczają przekonujących dowodów, które mogą rozwiązać niektóre z kluczowych pytań dotyczących dziwactw naszego rozszerzającego się kosmosu.
„Dzięki nowym danym największa tajemnica Wszechświata może zostać rozwiązana do końca dekady”.
Nowa analiza została opublikowana w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.
Powszechnie uważa się, że ciemna energia to słaba siła antygrawitacyjna, która działa niezależnie od materii i stanowi około dwóch trzecich gęstości masy i energii Wszechświata.
Standardowy model Wszechświata z zimną ciemną materią Lambda (ΛCDM) wymaga ciemnej energii, aby wyjaśnić obserwowane przyspieszenie tempa rozszerzania się kosmosu.
Naukowcy opierają ten wniosek na pomiarach odległości do wybuchów supernowych w odległych galaktykach, które wydają się być dalej, niż powinny, gdyby ekspansja Wszechświata nie przyspieszała.
Jednak obecne tempo ekspansji Wszechświata jest w coraz większym stopniu kwestionowane przez nowe obserwacje.
Po pierwsze, dowody pochodzące z poświaty Wielkiego Wybuchu – znanej jako kosmiczne mikrofalowe tło (CMB) – pokazują, że ekspansja wczesnego Wszechświata jest sprzeczna z obecną ekspansją, co jest anomalią znaną jako „napięcie Hubble’a”.
Ponadto niedawna analiza nowych, precyzyjnych danych przeprowadzona przez instrument spektroskopowy ciemnej energii (DESI) wykazała, że model ΛCDM nie pasuje tak dobrze, jak modele, w których ciemna energia „ewoluuje” w czasie, a nie pozostaje stała.
Zarówno napięcie Hubble'a, jak i niespodzianki ujawnione przez DESI są trudne do rozwiązania w modelach wykorzystujących uproszczone 100-letnie prawo ekspansji kosmicznej – równanie Friedmanna.
Zakłada to, że średnio Wszechświat rozszerza się równomiernie – tak jakby wszystkie kosmiczne struktury można było przepuścić przez blender, aby przygotować pozbawioną cech charakterystycznych zupę o nieskomplikowanej strukturze. Jednakże obecny Wszechświat w rzeczywistości zawiera złożoną kosmiczną sieć gromad galaktyk w postaci arkuszy i włókien, które otaczają i przeplatają ogromne puste puste przestrzenie.
Profesor Wiltshire dodał: „Mamy teraz tak dużo danych, że w XXI wieku możemy w końcu odpowiedzieć na pytanie – w jaki sposób i dlaczego proste prawo średniej ekspansji wyłania się ze złożoności?
„Proste prawo ekspansji zgodne z ogólną teorią względności Einsteina nie musi być zgodne z równaniem Friedmanna”.
Naukowcy twierdzą, że satelita Euclid Europejskiej Agencji Kosmicznej, który został wystrzelony w lipcu 2023 r., może przetestować i odróżnić równanie Friedmanna od alternatywnego krajobrazu czasowego. Będzie to jednak wymagało co najmniej 1000 niezależnych, wysokiej jakości obserwacji supernowych.
Kiedy proponowany model krajobrazu czasowego był ostatnio testowany w 2017 r., analiza sugerowała, że jest on tylko nieco lepiej dopasowany niż ΛCDM jako wyjaśnienie kosmicznej ekspansji, dlatego zespół z Christchurch ściśle współpracował z zespołem współpracującym Pantheon+, który skrupulatnie stworzył katalog 1535 różnych supernowe.
Mówią, że nowe dane dostarczają obecnie „bardzo mocnych dowodów” na horyzont czasowy. Może to również wskazywać na istotne rozwiązanie napięcia Hubble'a i innych anomalii związanych z ekspansją Wszechświata.
Naukowcy twierdzą, że potrzebne są dalsze obserwacje z Euclid i rzymskiego teleskopu kosmicznego Nancy Grace, aby zwiększyć poparcie dla modelu pejzażu czasowego, w obliczu wyścigu o wykorzystanie tego bogactwa nowych danych do ujawnienia prawdziwej natury kosmicznej ekspansji i ciemnej energii.